一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114724640A(43)申请公布日2022.07.08(21)申请号202210376087.7(22)申请日2022.04.11(71)申请人北京科技大学地址100083北京市海淀区学院路30号(72)发明人于春梅王广伟宁晓钧燕培钦张翠柳王晶(74)专利代理机构北京希夷微知识产权代理事务所(普通合伙)16079专利代理师王小东吴黎(51)Int.Cl.G16C20/10(2019.01)权利要求书2页说明书7页(54)发明名称一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法(57)摘要本发明公开了一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法，包括：对高炉喷吹煤粉进行煤粉物化特性分析；获取生产高炉冶炼技术数据；计算风口内富氢煤气燃烧后剩余氧气含量和煤气停留时间，富氢煤气燃烧后剩余氧气含量通过鼓风氧含量、富氢煤气喷吹量、吨铁鼓风量、以及富氢煤气成分计算得到；煤粉燃烧速率通过富氢煤气燃烧后剩余氧气含量、平均粒度值、以及风口理论燃烧温度计算得到；按照湍流条件下的气固燃烧动力学模型通过喷煤比、富氢煤气燃烧后剩余氧气含量、平均粒度值、风口理论燃烧温度、以及煤气停留时间计算得到高炉喷吹煤粉燃烧率。本发明为高炉喷吹煤粉优化选择和富氢煤气协同喷吹提供重要指导。CN114724640ACN114724640A权利要求书1/2页1.一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1)对高炉喷吹煤粉进行煤粉物化特性分析，获取固定碳含量、挥发分含量、氢元素含量、氧元素含量和平均粒度值；S2)获取生产高炉冶炼技术数据，包括富氢煤气喷吹量、富氢煤气成分、喷煤比、吨铁鼓风量、鼓风氧含量和风口理论燃烧温度；S3)根据气‑气燃烧反应特点，计算风口内富氢煤气燃烧后剩余氧气含量和煤气停留时间，所述富氢煤气燃烧后剩余氧气含量通过所述鼓风氧含量、所述富氢煤气喷吹量、所述吨铁鼓风量、以及所述富氢煤气成分计算得到；根据气‑固燃烧反应特点，计算风口内煤粉燃烧速率，所述煤粉燃烧速率通过所述富氢煤气燃烧后剩余氧气含量、所述平均粒度值、以及所述风口理论燃烧温度计算得到；以及S4)以高炉喷吹煤粉物化特性和高炉冶炼技术数据为基础，按照湍流条件下的气固燃烧动力学模型计算获得高炉喷吹煤粉燃烧率，所述高炉喷吹煤粉燃烧率通过所述喷煤比、所述富氢煤气燃烧后剩余氧气含量、所述平均粒度值、所述风口理论燃烧温度、以及所述煤气停留时间计算得到。2.根据权利要求1所述的一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法，其特征在于，所述S1)中高炉喷吹煤粉成分采用干燥基数据，所述固定碳含量、所述挥发分含量分别记为w(FC)、w(V)；所述氢元素含量、所述氧元素含量分别记为w(H)和w(O)；以及所述平均粒度值采用激光粒度分析仪进行分析，采用D50值作为高炉喷吹煤粉的平均粒度值，记为d50。3.根据权利要求2所述的一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法，其特征在于，所述S2)中富氢煤气喷吹量和喷煤比按照吨铁消耗量计算，分别记为Wgas和Wcoal，所述富氢煤气成分包括甲烷、氢气、一氧化碳和氮气，其体积含量分别用ωCO和表示，所述吨铁鼓风量、所述鼓风氧含量和所述风口理论燃烧温度分别记为QBF、和T。4.根据权利要求3所述的一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法，其特征在于，所述S3)中富氢煤气燃烧后剩余氧气含量通过以下公式计算获得：5.根据权利要求4所述的一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法，其特征在于，所述S3)中所述煤粉燃烧速率与煤粉燃烧反应本征活化能Ecoal、反应速率常数kcoal和t时刻高炉喷吹煤粉燃烧率x之间符合以下关系：其中R为8.314J/K。6.根据权利要求5所述的一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法，其特征在于，所述的煤粉燃烧反应本征活化能Ecoal和反应速率常数kcoal通过以下公式计算获得：2CN114724640A权利要求书2/2页Ecoal＝a‑b·w(V)，其中，a、b、m和n取值范围分别为154000<a<170000、50000<b<70000、40<m<60和0.4<n<0.6。7.根据权利要求6所述的一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法，其特征在于，所述S3)中煤气停留时间tgas根据风口回旋区体积Vraceway和单位时间风口产生煤气量Vgas计算获得：8.根据权利要求7所述的一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法，其特征在于，所述S4)中高炉喷吹煤粉燃烧率x通过以下公式计算获得：9.根据权利要求1所述的一种高炉风口喷吹煤粉燃烧率计算方法，其特征在于，在计算得到所述高炉喷吹煤粉燃烧率后，根据高炉喷吹煤粉燃烧率对喷吹煤粉的种类进行优化选择，选取燃烧率高的煤粉进行高炉喷吹；通过确定喷煤比和鼓风氧含量对喷吹煤粉燃烧率的影响，选择合理的喷煤比和